【摘要】：在氮循環(huán)以及維持生態(tài)平衡等方面,生物固氮起著非常重要的作用,目前因為對上海市河流水體固氮作用及固氮能力未知,這樣會影響到對上海市河流氮負(fù)荷和氮源的準(zhǔn)確認(rèn)識,因此本研究以上海市不同地區(qū)8條代表性河流作為研究對象,進(jìn)一步探究固氮速率的時空分布特征以及外加P營養(yǎng)鹽對葉綠素a及固氮速率的效應(yīng)影響,討論各種環(huán)境因子對固氮速率的影響及其主要影響因子,并估算了上海市河流水體年固氮量及其環(huán)境意義,可以為將來河流氮平衡的構(gòu)建和營養(yǎng)鹽的削減目標(biāo)的完成提供依據(jù),同時也可以對富營養(yǎng)化的問題的治理和改善提供理論支持和有效支撐。本研究歷時一年,主要結(jié)論如下:(1)本研究分別在春季(2015年4月)、夏季(2015年7月)、秋季(2015年10月)、冬季(2016年1月)四個季節(jié)進(jìn)行采樣,研究期間,水溫變化于6.8～34.6℃,DO在1.30 mg/L～10.31 mg/L之間,pH、Eh和鹽度的變化范圍分別是:5.59～8.23、-83.4～-2.1mv 和 0.1～0.4ppt。不同季節(jié)的水溫(p0.01)、DO(p0.05)和pH(p0.05)具有明顯差異。從空間分布來看,不同河流采樣點的DO濃度和鹽度具有較為顯著的差異(p0.05)。(2)上海市八個采樣點河流水體各水質(zhì)環(huán)境因子具有明顯的時間、空間變化特征,總磷(TP)、顆粒態(tài)磷(PP)和硝態(tài)氮(NO_3~--N)濃度在時間變化上具有顯著的差異(p0.05)。TP、PP及NO_3~--N的含量分別分布在0.04～0.43mg/L、0.008～0.24mg/L和0.20～3.41mg/L。季節(jié)變化上,TP和PP表現(xiàn)為春、夏季節(jié)含量較高,秋、冬季節(jié)含量低,NO_3~--N表現(xiàn)為春、冬季節(jié)含量高,夏、秋季節(jié)含量低�？偪扇苄粤�(TDP)和銨態(tài)氮(NH_4~+-N)的含量范圍分別是:0.02～0.34mg/L和0.37～5.56mg/L。冬季NH_4~+-N平均含量高,春、秋季節(jié)次之,夏季NH_4~+-N含量最低。從空間分布來看,上海市河流采樣點的各水質(zhì)因子,具有一定的空間分布特征。SJ、PT、FX三個采樣點的TP含量均超過地表水V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(TP:0.2mg/L);JD和PT的NH_4~+-N含量均值均超過地表水V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(NH_4~+-N:2mg/L);八個采樣點的NO_3~--N含量均未超過限值。QP和CM的TP、NH_4~+-N以及NO_3~--N含量低,水質(zhì)環(huán)境好。(3)上海市河流表層水體的藻類主要由6大門類組成,分別為藍(lán)藻門、甲藻門、裸藻門、硅藻門、隱藻門和綠藻門。時間分布上,河流表層水體的藻類總密度呈現(xiàn)出明顯的時間分布規(guī)律(p0.01):春季夏季秋季冬季�？臻g分布上,PD河流采樣點的四季藻類總密度均值最高,JD、PT、JS、FX藻類總密度均值較為接近,而QP和CM較低。藍(lán)藻門在春、夏季時所占比例較高,藻類密度較大,秋、冬季節(jié)較低,其中魚腥藻和微囊藻成為優(yōu)勢種。在本研究的八個河流采樣點中,固氮藻類只有魚腥藻全年可見,并且在夏季為優(yōu)勢種。河流采樣點固氮藻類密度具有明顯的季節(jié)變化特征(p0.01),表現(xiàn)出夏季秋季春季冬季的明顯規(guī)律;從空間分布來看,PT、FX、PD的四季固氮藻類總密度較高,SJ、JD、JS固氮藻類密度居中,QP、CM兩個采樣點鑒別到的固氮藻類密度最少。(4)上海市河流表層水體固氮速率總體水平在33.9S±14.39ngN·L~(-1)·h~(-1)～109.53±14.31 ngN·L~(-1)·h~(-1) 之間,在時間、空間分布上具有顯著的規(guī)律。季節(jié)變化上表現(xiàn)為夏季固氮速率值最高,其次是春秋季節(jié),而冬季的固氮速率值最低。夏季固氮速率均值較高,為90.57±14.60ngN·L~(-1)·h~(-1);春秋季節(jié)固氮速率均值相近,分別為75.21±12.95 ngN·L~(-1)·h~(-1)和76.52±12.91 ngN·L~(-1)·h~(-1);冬季固氮速率均值最低,為57.98±15.73ngN·L~(-1)·�？臻g上,將八個采樣點河流表層水體固氮速率均值進(jìn)行排序,可得:PT.PDFXSJJDJSQPCM。河流表層水體固氮速率較高值出現(xiàn)在PT、PD、FX三個采樣點,SJ、JD、JS固氮速率均值相近,較低值出現(xiàn)在QP和CM采樣點。(5)環(huán)境因子中的光照、水溫、氣溫、固氮藻類密度、葉綠素a、鹽度、Eh、pH以及水體環(huán)境參數(shù)都與固氮速率密切相關(guān)。光照、水溫、氣溫與固氮速率均表現(xiàn)出明顯的線性正相關(guān)關(guān)系(p0.01),固氮藻類密度和葉綠素a對固氮速率影響較大,呈現(xiàn)出顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(p0.01)。DO(p0.01)、Eh(p0.05)與固氮速率具有線性負(fù)相關(guān)關(guān)系,而與鹽度呈一定的線性正相關(guān)關(guān)系(p0.05)。水體環(huán)境參數(shù)中TP(p0.01)、TDP(p0.01)、PP(p0.05)與固氮速率具有顯著的線性正相關(guān)關(guān)系,說明P對固氮速率的影響十分顯著。而NH_4~+-N、N03--N與固氮速率具有顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(p0.01),NH_4~+-N、N03--N對于固氮速率的影響非常密切。固氮速率受到各種環(huán)境因子的綜合影響,其中水溫和固氮藻類密度是影響固氮速率的主要環(huán)境因子,這也是造成固氮速率時空差異的重要原因。(6)分別對上海市八條河流四個季節(jié)的葉綠素a的含量進(jìn)行了分析,將四個季節(jié)八個采樣點的葉綠素a的含量與其對應(yīng)TP、TDP、PP進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,可以發(fā)現(xiàn)葉綠素a與磷之間具有顯著的相關(guān)性(p0.01),說明P對葉綠素a的影響顯著。外加P對上海河流表層水體四季葉綠素a的影響效應(yīng)的變化范圍分別是:春季為-49.53%～65.75%,夏季為-78.23%～175.15%,秋季為-43.37%～195.08%,冬季為-85.89%～34.80%,可見外加P對葉綠素a的促進(jìn)作用大小表現(xiàn)為秋季夏季春季冬季。對上海市河流表層水體外加P的實驗表明,外加P對葉綠素a的影響效應(yīng)受到河流水體中藻的種群影響較大,由于浮游植物的優(yōu)勢種群不同、對P的吸收程度不同、初級生產(chǎn)力水平以及河流水體初始P濃度不同,外加P對葉綠素a的影響效應(yīng)并不相同。一定濃度的P添加對葉綠素a具有一定的促進(jìn)作用,但是每個采樣點每個季節(jié)以及四個不同的外加P濃度的促進(jìn)效果不同。(7)外加不同P濃度對上海市河流表層水體固氮速率的效應(yīng)影響范圍分別是:春季為-52.60%～105.86%,夏季為-87.52%～32.69%,秋季為-36.68%～56.80%,冬季為-30.83%～63.01%,將外加P濃度對上海市河流表層水體的固氮速率的促進(jìn)作用表現(xiàn)為:春季冬季秋季夏季。一定濃度的外加P對上海市河流表層水體固氮速率具有促進(jìn)作用,但是不同采樣點、不同季節(jié)、不同P濃度對固氮速率的促進(jìn)效應(yīng)不同。高濃度的P添加對固氮速率具有抑制作用,并且河流表層原始P濃度越高,外加P對于固氮速率的抑制效果就越明顯。(8)上海市河流表層水體年度固氮量較大,是一個重要的N源。不同區(qū)縣的固氮量各異,主要是由于河流表層水體固氮速率的不同以及水域面積的差異導(dǎo)致,浦東區(qū)年度固氮量最大,普陀區(qū)年度固氮量最小。不同季節(jié),夏季的固氮量占年度固氮量的30.43%,春季和秋季都占年度固氮量的25%,而冬季只占19.57%,因此夏季河流中的N輸入問題更加應(yīng)該關(guān)注,這也是夏季水體藻類大量繁殖,河流水質(zhì)環(huán)境惡化和富營養(yǎng)化問題的一個重要原因。上海市河流表層水體年度固氮量約為2.10Gg,是研究所測得的上海市氮輸入的3.07%,說明河流表層水體的固氮作用對氮輸入以及河流氮負(fù)荷具有重要意義。
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【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X522

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2454170